Linux - 流式 DMA - 显式刷新/无效

Posted 2023-02-19

【中文标题】Linux - 流式 DMA - 显式刷新/无效

【英文标题】：Linux - Streaming DMA - Explicit flush/invalidate

【发布时间】：2021-12-12 19:16:42

【问题描述】：

Streaming DMA API 的文档中提到，为了保证一致性，缓存需要在 dma-mapping 到设备之前刷新，在从设备取消映射后失效。

但是，我很困惑是否需要显式执行刷新和失效，即，dma_map_single() 和 dma_sync_single_for_device() 函数是否已经负责刷新缓存线，或者驱动程序开发是否需要调用某些函数来显式刷新 dma 缓冲区的缓存线？ dma_unmap_single() 和 dma_sync_single_for_cpu() 也是如此。这两个函数会自动使 dma-buffer 缓存行失效吗？

我浏览了一些使用流式 dma 的现有驱动程序，但看不到任何显式调用来刷新或使缓存线无效。

我还查看了内核源代码，似乎上述函数在其架构特定的实现中都“使缓存行无效”，这进一步增加了我的困惑..例如，在 arch/arm64/mm /cache.S

SYM_FUNC_START_PI(__dma_map_area)
    add x1, x0, x1
    cmp w2, #DMA_FROM_DEVICE
    b.eq    __dma_inv_area
    b   __dma_clean_area
SYM_FUNC_END_PI(__dma_map_area)

有人可以澄清一下吗？谢谢。

【问题讨论】：

映射函数将刷新 CPU 端的缓存。如果您在两者之间更新缓冲区，则需要将其同步到设备，或者如果设备有新数据到来，则需要将其同步到 CPU。您可以通过使用 DMA 相干区域来避免所有这些。

所以..我不需要调用 dma_cache_inv() 或 dma_cache_wb() 之类的函数来确保一致性..只需 map()/unmap() 或同步操作。感谢您的澄清。我被限制使用 DMA 流来尝试提高性能。

当您映射该区域时，无需刷新缓存，当您重新使用该内存时，您必须确保数据是实际，这是通过 DMA 同步 API 调用完成的。如果需要，它们会刷新缓存，但在某些平台上，您可能需要额外的工作。这完全取决于架构。

【参考方案1】：

因此，根据收到的 cmets 和更多调查结果，我想自己为其他有类似疑问的人回答这个问题。以下是针对 ARM64 架构的特定内容。其他架构的实现可能略有不同。

使用 Streaming DMA API 时，不必显式刷新或使缓存线无效。函数 dma_map_single(), dma_sync_single_for_device(), dma_unmap_single(), dma_sync_single_for_cpu() 会为您解决这些问题。例如。 dma_map_single() 和 dma_sync_single_for_device() 最终都调用了依赖于架构的函数 __dma_map_area

ENTRY(__dma_map_area)
    cmp w2, #DMA_FROM_DEVICE
    b.eq    __dma_inv_area
    b   __dma_clean_area
ENDPIPROC(__dma_map_area)

在这种情况下，如果指定的方向是 DMA_FROM_DEVICE，则缓存线无效（因为数据必须已经从设备到达内存并且缓存线需要无效，以便从 CPU 读取的任何数据都会从内存中获取新数据）。如果方向是 DMA_TO_DEVICE/BIDIRECTIONAL 则执行刷新操作（因为数据可能已由 CPU 写入，因此需要将缓存的数据刷新到内存中才能将有效数据写入设备）。 请注意，__dma_clean_area 中的“干净”是ARM's nomenclature for cache flush。

dma_unmap_single() 和 dma_sync_single_for_cpu() 也是如此，如果指定的方向不是 DMA_TO_DEVICE，则最终调用 __dma_unmap_area() 会使缓存线无效。

ENTRY(__dma_unmap_area)
    cmp w2, #DMA_TO_DEVICE
    b.ne    __dma_inv_area
    ret
ENDPIPROC(__dma_unmap_area)

dma_map_single() 和 dma_unmap_single() 是昂贵的操作，因为它们还包括一些额外的页面映射/取消映射操作，所以如果指定的方向保持不变，它是最好使用 dma_sync_single_for_cpu() 和 dma_sync_single_for_device() 函数。

附带说明一下，就我而言，与 Coherent DMA 相比，使用 Streaming DMA 的读取操作速度提高了约 10 倍。但是，用户代码实现会稍微复杂一些，因为您需要确保当 dma 映射到设备时，cpu 不会访问内存（或者在 cpu 访问之前/之后调用同步操作）。